mini|300px|Elektromagnetni talas: prikaz električnog i magnetnog polja Elektromagnetno zračenje je kombinacija oscilujućeg električnog i magnetnog polja koja zajedno putuju kroz prostor u obliku međusobno okomitih talasa. Ovo zračenje je nosilac elektromagnetne interakcije (sile) i može se interpretirati kao talas ili kao čestica, u zavisnosti od slučaja. Čestice koje kvantifikuju elektromagnetno zračenje su fotoni.
Elektromagnetne talase je teorijski predvideo James Maxwell pokušavajući da objasni efekte indukcije električne struje u magnetnim poljima i obrnuto. Kasnije je Heinrich Rudolf Hertz potvrdio ovu teoriju proizvevši radiotalase koje je detektovao sa drugog kraja svoje laboratorije jednostavnom oscilacijom električne struje kroz provodnik (time demonstriravši primitivan oblik antene).
Svako naelektrisanje promjenom brzine kretanja generiše elektromagnetno polje. Ova informacija se prostire kroz prostor brzinom svjetlosti i osobine odgovarajućeg elektromagnetnog talasa su direktno vezane za dinamiku promjene kretanja naelektrisanja. Ako imamo provodnik u kome naelektrisanje osciluje, generisani elektormagnetni talas će imati istu frekvenciju oscilovanja. Alternativno, ako elektromagnetno zračenje gledamo kao emisiju čestica (fotona), energija koju one nose je direktno vezana za talasnu dužinu, odnosno učestalost talasa. Što je veća učestalost to je veća energija fotona. Tačan odnos je opisan Plankovom relacijom E = hν gdje je E energija fotona h je Planckova konstanta, a ν je frekvencija talasa.
Kao što oscilujuća električna struja u provodniku može da proizvede elektromagnetni talas, takav talas također može da u nekom provodniku indukuje električnu struju iste oscilacije, na taj način omogućavajući transfer informacije od emitora ka prijemniku, što je osnov svih bežičnih komunikacija.
Osobine elektromagnetnog zračenja zavise od njegove talasne dužine. Cijeli opseg talasnih dužina elektromagnetnog zračenja naziva se elektromagnetni spektar. On obuhvata gama zračenje, rendgensko zračenje, ultraljubičasto zračenje, vidljivu svjetlost, infracrveno zračenje, mikrotalasno zračenje i radiotalase.
U vakuumu se elektromagnetni talasi prostiru brzinom svjetlosti, dok se pri prolasku kroz gasove ili tečnosti dijelovi spektra mogu apsorbovati, odnosno rasipati pri haotičnom kretanju čestica usljed efekta ekscitacije atoma, pri čemu talas prestaje da se kreće pravolinijski pa je percepcija da se kreće sporije od brzine svjetlosti.
Definicije thumb|300px|Linearno polarizirani sinusoidni elektromagnetski talas, širi se u pravcu +z kroz homogeni, izotropni medij bez rasipanja, kao što je vakuum. Električno polje (plave strelice) osciliraju u pravcu ±x, a pravougaono magnetno polje (crvene strelice) oscilira u fazi sa električnim poljem, ali u smjeru ± y. U fizici, elektromagnetno zračenje (EM zračenje ili EMR) odnosi se na talase (ili njihove kvante, fotona) elektromagnetnog polja, koje se širi (zrači) kroz svemir, noseći elektromagnetnu energiju zračenja.* p 430: "These waves... require no medium to support their propagation. Traveling electromagnetic waves carry energy, and... the Poynting vector describes the energy flow...;" p 440: ... the electromagnetic wave must have the following properties: 1) The field pattern travels with speed c (speed of light); 2) At every point within the wave... the electric field strength E equals "c" times the magnetic field strength B; 3) The electric field and the magnetic field are perpendicular to one another and to the direction of travel, or propagation." Uključuje radio talasa, mikrotalasne pećnice, infracrvenu, (vidljivu) svjetlost, ultraljubičasto, rendgenska i gama zrake.* ; p319
Klasično, elektromagnetno zračenje sastoji se od elektromagnetnih talasa, koji su sinhronizirane oscilacije električnog i magnetnih polja. U vakuumu, elektromagnetni talasi putuju brzinom svjetlosti, obično označenom sa c. U homogenim, izotropnim medijima, oscilacije dvaju polja međusobno su okomite i okomite na smjer širenja energije i talasa, formirajući poprečni talas. Talasni front elektromagnetnih talasaa koji se emituju iz tačkastog izvora (kao što je sijalica) je sferan. Položaj elektromagnetnog talasa unutar elektromagnetnog spektra može se okarakterizirati ili njegovom frekvencijom oscilacije ili talasnom dužinom. Elektromagnetni talasi različite frekvencije nazivaju se različitim imenima, jer imaju različite izvore i efekte na materiju. Redom za povećanje frekvencije i smanjivanje talasne dužine to su: radio talasi, mikrotalasi, infracrveno zračenje, vidljiva svetlost, ultraljubičasto zračenje, X-zrake i gama zrake.
Elektromagnetni talasi emitiraju se električno nabijenim česticama pod ubrzanjem, i mogu naknadno stupiti u interakciju s drugim nabijenim česticama, vršeći silu na njih. EM talasi nose energiju, zamah i ugaoni zamah dalje od izvorne čestice i mogu dati one količine materija kojima su u interakciji. Elektromagnetno zračenje povezano je s onim EM talasima koji se mogu sami širiti („zračiti“) bez trajnog uticaja pokretnih naboja koji su ih proizveli, jer su postigli dovoljnu udaljenost od tih naboja. Stoga se EMR ponekad naziva i daleko polje. U ovom jeziku, blisko polje odnosi se na EM polja u blizini naboja i struje koja ih je direktno proizvela, posebno pojave zvane elektromagnetna i elektrostatička indukcija.
U kvantnoj mehanici, alternativni način gledanja EMR-a je taj da se sastoji od fotona, nenapunjenih elementarnih čestica s nultom masom mirovanja koji su kvantovi elektromagnetnog polja, odgovornog za sve elektromagnetske interakcije. Kvantna elektrodinamika je teorija o tome kako EMR djeluje s materijom na atomskom nivou. Kvantni efekti pružaju dodatne izvore EMR-a, poput tranzicije elektrona na niže nivoe energija u atomu i zračenje crnog tijela. Energija pojedinačnog fotona je kvantizirana i veća je za fotone više frekvencije. Ovaj odnos daje Planckova jednadžba E = hf, gdje je E = energija po fotonu, f = frekvencija fotona, a h = Planckova konstanta. Naprimjer, jedan foton gama zraka može nositi ~100.000 puta veću energiju pojedinog fotona vidljive svjetlosti.
Efekti EMR-a na hemijske spojeve i biološke organizme ovise, kako o snazi zračenja tako i o njegovoj učestalosti. EMR vidljivih ili nižih frekvencija (tj. vidljive i infracrvene svetlosti, mikrotalasa i radio talasa) naziva se neionizirajuće zračenje, jer njegovi fotoni nemaju pojedinačno dovoljno energije da joniziraju atom ili molekulu ili da prekidaju hemijsku vezu. Efekti ovih zračenja na hemijske sisteme i živo tkivo uzrokovani su prvenstveno efektima zagreijavanja od kombiniranog prijenosa energije mnogih fotona. Suprotno tome, visokofrekventna ultraljubičasta zračenja i gama zrake nazivaju se ionizirajuće zračenje, jer pojedinačni fotoni tako visoke frekvencije imaju dovoljno energije da ionizuje molekule ili razbiju hemijske veze. Ova zračenja imaju sposobnost da izazovu hemijsku reakciju i oštete žive ćelije, osim onih koje nastaju jednostavnim zagrijavanjem i mogu predstavljati opasnost po zdravlje.
Fizika Teorija thumb|Prikaz relativne talasne dužine elektromagnetnih talasa tri različite boje svjetlosti (plava, zelena i crvena) sa skalom udaljenosti u mikrometrima duž osi x.
Maxwellove jednadžbe James Clerk Maxwell izveo je Oblik talasa električnih i magnetskih jednadžbi, otkrivajući tako prirodu talasastih električnih i magnetskih polja i njihovu simetriju. Budući da se brzina EM talasa predviđena ovom jednadžbom poklapala s izmjerenom brzinom svjetlosti, Maxwell je zaključio da je i sama svjetlost EM talas. Maxwellove jednadžbe potvrdio je Heinrich Hertz eksperimentima sa radio talasima.
Prema Maxwellovim jednadžbama, prostorno promenljivo električno polje uvek je povezano sa magnetnim poljem koje se mijenja tokom vremena .Purcell, p 438, section 9.4: An Electromagnetic Wave. Slično tome, prostorno promjenjivo magnetno polje povezano je sa određenim promjenama u električnom polju tokom vremena. U elektromagnetnom talasu promjene u električnom polju uvijek prati talas u magnetnom polju u jednom smjeru i obrnuto. Ova veza između njih dvoje se javlja bez toga da bilo koja vrsta polja uzrokuje drugo. Događaju se zajedno, na isti način na koji se vremenske i prostorne promjene događaju zajedno i međusobno su povezane specijalnom relativnošću. Zapravo, magnetna polja mogu se gledati kao električna polja u drugom referentnom okviru, a električna polja mogu se gledati kao magnetna polja u drugom referentnom okviru, ali imaju jednak značaj, jer je fizika ista u svim referentnim okvirima, tako da blizak odnos između prostora i vremena ovdje je više od analogije. Ova polja zajedno tvore elektromagnetni talas koji se širi i odmiče u svemir i više nikada ne mora stupiti u interakciju s izvorom. Daleko EM polje nastalo na ovaj način ubrzanjem naboja sa sobom nosi energiju koja se "zrači" kroz svemir, pa otuda i pojam.
Svojstva thumb|280px| Elektromagnetski talasi mogu se zamisliti kao samoproširujući poprečni oscilirajući talas električnih i magnetnih polja. Ova 3D animacija prikazuje ravni linearno polariziranog talasa, koji se širi slijeva udesno. Električno i magnetno polje u takvom talasu međusobno su u fazi, zajedno dostižući minimum i maksimum.
Elektrodinamika je fizika elektromagnetnog zračenja, a elektromagnetizam je fizički fenomen povezan sa teorijom elektrodinamike. Električna i magnetna polja podvrgavaju se svojstvima superpozicije. Dakle, polje zbog bilo koje određene čestice ili vremenski promenljivo električno ili magnetno polje doprinosi poljima koja se nalaze u istom prostoru zbog drugih uzroka. Dalje, kako su to vektorska polja, svi se vektori magnetnog i električnog polja zbrajaju prema adiciji vektora.
Bilo koji broj elektromagnetnih talasa može se širiti kroz isto područje bez međusobnog utjecaja. Polje E u vremenskoj tački prostora je vektorski zbir električnih polja pojedinačnih talasa, a isto vrijedi i za B. Naprimjer, u optici dva ili više koherentnih svjetlosnih talasa mogu međudjelovati i konstruktivnim ili destruktivnim interferencijskim pojavama, rezultirajuće zračenje odstupa od zbira zračenja pojedinačnih svjetlosnih komponenti.
Putovanje kroz statička električna ili magnetna polja u linearnom mediju, kao što je vakuum ne utiče na elektromagnetna polja svjetlosti. Međutim, u nelinearnim medijima, poput nekih kristala, mogu se pojaviti interakcije između svjetlosti i statičkih električnih i magnetnih polja – te interakcije uključuju i Faradayov efekt i Kerrov efekt.
U refrakciji, talas koji prelazi iz jednog u drugi medij različite gustoće mijenja svoju brzinu i smjer pri ulasku u novi medij. Odnos indeksa loma medija određuje stepen refrakcije i sažet je u Snellov zakon. Svjetlost kompozitnih talasnih dužina (prirodne sunčeve svjetlosti) raspršuje se u vidljivi spektar koji prolazi kroz prizmu, zbog indeksa refrakcije prizmolikog materijala koji ovisi o talasnoj dužini (disperzije); to jest, svaki komponentni talas unutar kompozitnog svjetla ima savijenu i različitu količinu.
EM zračenje istovremeno pokazuje svojstva talasa i svojstva čestica. Karakteristike talasa i čestica potvrđene su u mnogim eksperimentima. Karakteristike talasa su očiglednije kada se EM zračenje mjeri na relativno velikim vremenskim skalama i na velikim udaljenostima, dok su karakteristike čestica očiglednije kada se mjere mali vremenski okviri i udaljenosti. Naprimjer, kada tvar apsorbira elektromagnetno zračenje, svojstva nalik česticama bit će očiglednija kada je prosječni broj fotona u kocki odgovarajuće talasne dužine mnogo manji od 1. Nije tako teško eksperimentalno promatrati nejednoliko taloženje energije kada se svjetlost apsorbira, ali samo to, nije dokaz ponašanja "čestica". Umjesto toga, odražava kvantnu prirodu "materije". Demonstriranje da je sama svjetlost kvantizirana, a ne samo njena interakcija s materijom, suptilnija je stvar.